Fenómenos Nucleares

1) Fenómenos nucleares:

Los procesos nucleares son procesos de combinación y transformación de las partículas y núcleos atómicos. Las reacciones nucleares pueden ser endotérmicas o exotérmicas, atendiendo a si precisan energía para producirse o si la desprenden respectiva

* Nuclear fuerte: Es la fuerza más fuerte de la naturaleza y tiene, en principio, muy corto alcance, 1 fm. Es la responsable de las ligaduras nucleares. Entre hadrones se manifiesta mediante el intercambio de mesones, piones sobre todo. Pero la verdadera expresión de la nuclear fuerte ocurre en las uniones entre quarks mediante una partícula mediadora de fuerza llamada gluón que viene de "glue" que significa pegamento. Los gluones unen con tal firmeza a los quarks que hasta ahora no se les ha podido observar libre en la naturaleza sino que siempre aparecen ligados a, por lo menos, otro quark. Aquí la fuerza actúa con alcance infinito y aumenta con la distancia es decir cuanto más alejamos dos quarks más fuertemente se atraen. Dado que es una fuerza derivada de las atracciones entre quarks aquellas partículas que no están constituidas por éstos como son los leptones no se ven afectados por ella.

Nuclear débil: Es la fuerza de menor alcance, 1 am distancia ésta menor que el núcleo, es, además, cien mil veces más débil que la nuclear fuerte. Sus partículas mediadoras de fuerza son los bosones W y Z. Es la responsable de la mayoría de los procesos radioactivos

* Electromagnética: Esta es una fuerza de largo alcance, en realidad alcance infinito. Además es una fuerza muy fuerte tan solo cien veces más débil que la nuclear fuerte. Actúa entre cargas eléctricas pudiendo ser repulsiva o atractiva según el signo de estas. La partícula mediadora de fuerza es el fotón. Es responsable de las ligaduras interatómicas así como de los propios electrones al átomo.

* Gravitatoria: Débil y de largo alcance. Actúa sobre la masa y la energía. Siempre es atractiva. Totalmente visible en las reacciones nucleares ya que es 10^38 veces más débil que la nuclear fuerte. Se cree, aunque no se ha probado aún, que podría tener un mediador de fuerza, el gravitón. Es la única fuerza que aun se explica mediante un modelo continuo en vez de uno cuantiado. Es la responsable de la atracción entre los objetos astronómicos

2) Radiactividad natural y artificial

Natural: manifestada por los isótopos que se encuentran en la naturaleza

En 1896 Henri Becquerel descubrió que ciertas sales de uranio emiten radiaciones espontáneamente, al observar que velaban las placas fotográficas envueltas en papel negro. Hizo ensayos con el mineral en caliente, en frío, pulverizado, disuelto en ácidos y la intensidad de la misteriosa radiación era siempre la misma. Por tanto, esta nueva propiedad de la materia, que recibió el nombre de radiactividad, no dependía de la forma física o química en la que se encontraban los átomos del cuerpo radiactivo, sino que era una propiedad que radicaba en el interior mismo del átomo.

El estudio del nuevo fenómeno y su desarrollo posterior se debe casi exclusivamente al matrimonio de Marie y Pierre Curie, quienes encontraron otras sustancias radiactivas: el torio, el polonio y el radio. La intensidad de la radiación emitida era proporcional a la cantidad de uranio presente, por lo que Marie Curie dedujo que la radiactividad es una propiedad atómica. El fenómeno de la radiactividad se origina exclusivamente en el núcleo de los átomos radiactivos. Se cree que se origina debido a la interacción neutrón-protón. Al estudiar la radiación emitida por el radio, se comprobó que era compleja, pues al aplicarle un campo magnético parte de ella se desviaba de su trayectoria y otra parte no.

Pronto se vio que todas estas reacciones provienen del núcleo atómico que describió Ernest Rutherford en 1911, quien también demostró que las radiaciones emitidas por las sales de uranio pueden ionizar el aire y producir la descarga de cuerpos cargados eléctricamente.

Con el uso del neutrino, partícula descrita en 1930 por Wolfgang Pauli pero no medida sino hasta 1956 por ClydeCowan y sus colaboradores, consiguió describirse la radiación beta.

En 1932 James Chadwick descubrió la existencia del neutrón que Pauli había predicho en 1930, e inmediatamente después Enrico Fermi descubrió que ciertas radiaciones emitidas en fenómenos no muy comunes de desintegración son en realidad neutrones

Artificial o inducida: manifestada por los radioisótopos producidos en transformaciones artificiales.

La radiactividad artificial, también llamada radiactividad inducida, se produce cuando se bombardean ciertos núcleos estables con partículas apropiadas. Si la energía de estas partículas tiene un valor adecuado, penetran el núcleo bombardeado y forman un nuevo núcleo que, en caso de ser inestable, se desintegra después radiactivamente. Fue descubierta por los esposos Jean Frédéric Joliot-Curie e Irène Joliot-Curie, bombardeando núcleos de boro y de aluminio con partículas alfa. Observaron que las sustancias bombardeadas emitían radiaciones después de retirar el cuerpo radiactivo emisor de las partículas de bombardeo.

En 1934 Fermi se encontraba en un experimento bombardeando núcleos de uranio con los neutrones recién descubiertos. En 1938, en Alemania, Lise Meitner, Otto Hahn y Fritz Strassmann verificaron los experimentos de Fermi. En 1939 demostraron que una parte de los productos que aparecían al llevar a cabo estos experimentos era bario. Muy pronto confirmaron que era resultado de la división de los núcleos de uranio: la primera observación experimental de la fisión. En Francia, Jean Frédéric Joliot-Curie descubrió que, además del bario, se emiten neutrones secundarios en esa reacción, lo que hace factible la reacción en cadena.

También en 1932, Mark Oliphant teorizó sobre la fusión de núcleos ligeros (de hidrógeno), y poco después Hans Bethe describió el funcionamiento de las estrellas con base en este mecanismo.

El estudio de la radiactividad permitió un mayor conocimiento de la estructura del núcleo atómico y de las partículas subatómicas. Se abrió la posibilidad de convertir unos elementos en otros. Incluso se hizo realidad el ancestral sueño de los alquimistas de crear oro a partir de otros elementos... aunque en términos prácticos no resulte rentable.

3) Reacciones nucleares: fisión y fusión

En 1896 Henri Becquerel

...